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细胞|细胞外有颗奇怪的“石榴”——科学家是这样做出新发现的( 二 )


这些假说是：
1）迁移体产生于免疫细胞、转移的肿瘤细胞以及正在发育阶段中的细胞等迁移细胞中 。2）迁移体由确定的遗传通路调控；3）迁移体可以介导细胞间的通讯 。
在过去几年中，我们为理解迁移体所做的探索性工作主要由以上假说引导，其中一些假说目前已经得到证实 。
除了假说之外，我们同样需要一个研究策略 。为了回答迁移体究竟具有什么功能（这可能是最重要的问题），我们需要建立一个研究迁移体的体内模型 。有了这个模型，我们就可以制备迁移体缺陷型动物，找到这些动物身上出现的问题，从而理解迁移体的生理功能 。当然，在此之前，我们首先要知道哪些基因是形成迁移体所必需的 。因此，我们将研究聚焦在研究迁移体的遗传通路和构建迁移体的体内模型上 。在这两个目标之外，我们还需要开发研究迁移体的工具，特别是检测迁移体的方法和探针 。
已 知The Knowns
我们现在只需要使用GFP标记的迁移体标志物，例如PH-GFP，就可以轻松地在显微镜下检测到迁移体 。此外，我们发现小麦精子蛋白WGA可以很好地将迁移体染色；基于这一发现，我们开发了一项使用WGA来检测迁移体的非常方便的方法 。
迁移体形成时，伸缩丝从迁移细胞的轨迹边缘被拽出，这意味着伸缩丝必须粘附在细胞外基质上 。由于整合素（integrin）是粘附于细胞外基质的主要分子，同时我们的质谱分析结果也显示迁移体上富集着整合素，因此我们将目光聚焦在整合素上 。研究显示，具有活性的整合素在迁移体形成前就已经集合在了收缩丝的端中，活性整合素复合物和细胞外基质互相作用，沿着收缩丝搭建了多个粘附位点，这些位点随后成为迁移体形成的位点（Wu et al., 2017） 。
目前，迁移体机制的研究进展大都起源于我们对迁移体形成过程的细胞生物学研究 。鉴定出Tspan4是迁移体标志物后不久，我们还注意到，Tspan4似乎可以促进迁移体形成 。Tspan4属于四跨膜蛋白家族，该家族有33个成员蛋白 。我们发现，其中14个成员蛋白在过量表达的情况下都可以促进迁移体形成（Huang et al., 2019） 。所有的四跨膜蛋白都有4个跨膜结构域，这些蛋白可以形成所谓的四跨膜蛋白富集的微结构域（TEM）(Rubinstein, 2011） 。TEM尺寸大约为100纳米，富含一系列蛋白和脂阀类脂质，如胆固醇等 。我们发现，在迁移体形成过程中，很多小的TEM会聚集形成微米级别的宏结构域，我们称之为四跨膜蛋白富集的宏结构域（TEMAs） 。有意思的是，我们发现TEMA的形成与迁移体在收缩丝上的生长有关 。这提示我们，TEMA的形成可能促使了收缩丝发生膜形变而形成迁移体 。但是，我们怎么才能验证这个想法呢？
实验的关键进展源于一个意外的发现 。在项目初期，我们计划使用体外系统来研究Tspan4在膜上的行为 。因此，我们需要将Tspan4-GFP导入巨型单层脂质体（Giant Unilamellar Vesicle, GUV）中，观察Tspan4-GFP在膜上的行为 。于是，我们首先把Tspan4整合到了蛋白脂质体中，随后通过电击融合蛋白脂质体来制备GUV 。结果令人大吃一惊——在Tspan4-GFP蛋白脂质体电击融合的过程中，我们观察到了一些串珠状的结构，与迁移体及收缩丝的结构惊人的相似；而在对照组的蛋白脂质体的融合过程中却没有出现这样的结构 。这个发现提示，Tspan4可能自己就足以驱动迁移体的形成 。然而，由于我们并不清楚电击融合过程中究竟发生了什么，因此我们决定设计一个体外系统，来模拟迁移体的形成过程 。
指导我们设计体外系统的关键灵感是我们意识到迁移细胞产生的拉力是迁移体产生的关键因素 。因此，我们设计了两套不同的方案来将GUV拉成为膜管，以模拟收缩丝形成的过程 。在第一套方案中，我们把GUV粘在流体小室中，然后使用液流推动GUV从而制造拉力 。在第二套方案中，我们使用玻璃针头手动从GUV拉出膜管 。这两套方案都让我们成功地从镶嵌了Tspan4-GFP的GUV中拉出膜管，在拉管过程中，TEM聚集形成TEMA，并在膜管上自发膨胀形成类似于迁移体的结构 。

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